Dobbelt perovskitter i miljøvenlige solceller

Forskere har taget et skridt i retning af at fremstille solceller fra blyfri perovskitter. Højkvalitetsfilm baseret på dobbelte perovskiter, som viser lovende fotovoltaiske egenskaber, er udviklet i samarbejde mellem Linköping Universitet, Sverige, og Nanyang Technological University i Singapore.

Forskergrupper rundt om i verden forfølger potentialet i perovskiter som et af de mest lovende materialer til udvikling af billige, miljøvenlige og effektive solceller. På få år, effektkonverteringseffektiviteten er steget fra et par procent til over 22 procent. De perovskitter, der i øjeblikket er tilgængelige til brug i solceller, imidlertid, indeholde bly, og Feng Gao, lektor ved LiU, blev i efteråret 2017 udnævnt til Wallenberg Academy Fellow til at udvikle blyfri dobbeltperovskitter, hvor et monovalent metal og et trivalent metal erstatter det divalente bly.

I laboratoriet på afdelingen for biomolekylær og organisk elektronik, LiU, postdoc-forskerne Weihua Ning og Feng Wang har med succes fremstillet enkeltlags tynde film af tætpakkede krystaller af dobbelte perovskitter. Filmene er af ekstrem høj kvalitet og kan bruges som det aktive lag i solceller, hvor sollys absorberes og ladningsbærere dannes.

"Vores kolleger ved Nanyang Technological University i Singapore har vist, at ladningsbærerne viser lange diffusionslængder i materialet, hvilket er nødvendigt, hvis materialet skal være egnet til anvendelse i solceller, " siger Feng Gao.

Solcellernes effektkonverteringseffektivitet er stadig lav - kun omkring 1 procent af energien i sollys omdannes til elektricitet - men hverken Feng Gao eller Weihua Ning er bekymrede. "Vi har taget det første store skridt og udviklet en metode til at fremstille det aktive lag. Vi har flere gode ideer til, hvordan vi kan gå videre for at øge effektiviteten i den nærmeste fremtid, " siger Feng Gao.

Forskere har beregnet, at over 4, 000 forskellige kombinationer af materialer kan danne dobbelte perovskitter. De vil også bruge teoretiske beregninger til at identificere de kombinationer, der er bedst egnede til brug i solceller. Dette gennembrud for forskning i dobbeltperovskitter er også et resultat af den fælles ph.d. program i Materiale- og nanovidenskab/teknologi ved Linköpings Universitet og Nanyang Teknologiske Universitet.

"Denne publikation er et spin-off af diskussionerne i relation til det fælles ph.d.-program mellem NTU-LiU. To ph.d.-studerende, en på hver side, er blevet rekrutteret til at arbejde på dette projekt. Dette er en fremragende start på programmet, " siger professor Tze Chien Sum fra NTU.

"Vi supplerer hinanden rigtig godt, gruppen ledet af professor Sum i NTU er eksperter i fotofysik, og vi er eksperter i materialevidenskab og enhedsfysik, " siger Feng Gao.

Tre resultater offentliggøres i Avancerede materialer .